Ģenētiskie pētījumi: indikācijas, metodes

Pēdējos gados ir novērota iedzimtu slimību īpatsvara palielināšanās kopējā slimību struktūrā. Šajā sakarā pieaug ģenētisko pētījumu loma praktiskajā medicīnā. Bez medicīniskās ģenētikas zināšanām nav iespējams efektīvi diagnosticēt, ārstēt un novērst iedzimtas un iedzimtas slimības.

Iedzimta predispozīcija, iespējams, ir raksturīga gandrīz visām slimībām, taču tās pakāpe ievērojami atšķiras. Ja ņemam vērā iedzimto faktoru lomu dažādu slimību rašanās procesā, varam izdalīt šādas grupas.

• Slimības, kuru izcelsmi pilnībā nosaka ģenētiskie faktori (patoloģiskā gēna ietekme); šajā grupā ietilpst monogēnas slimības, kuru mantošana ir pakļauta Mendeļa likumu pamatnoteikumiem (Mendeļa slimības), un ārējās vides ietekme var ietekmēt tikai noteiktu patoloģiskā procesa izpausmju (tā simptomu) intensitāti.
• Slimības, kuru rašanos galvenokārt nosaka ārējās vides ietekme (infekcijas, traumas utt.); iedzimtība var ietekmēt tikai dažas organisma reakcijas kvantitatīvās īpašības, noteikt patoloģiskā procesa gaitas iezīmes.
• Slimības, kurās iedzimtība ir cēlonisks faktors, bet tās izpausmei ir nepieciešama noteikta vides ietekme, to iedzimtība nepakļaujas Mendeļa likumiem (nemendeļu slimības); tās sauc par daudzfaktorālām.

Iedzimtas slimības

Katra indivīda attīstība ir ģenētisko un vides faktoru mijiedarbības rezultāts. Cilvēka gēnu kopums izveidojas apaugļošanās laikā un pēc tam kopā ar vides faktoriem nosaka attīstības raksturlielumus. Organisma gēnu kopumu sauc par genomu. Genoms kopumā ir diezgan stabils, taču mainīgu vides apstākļu ietekmē tajā var notikt izmaiņas - mutācijas.

Iedzimtības pamatvienības ir gēni (DNS molekulas posmi). Iedzimtības informācijas pārnešanas mehānisms ir balstīts uz DNS spēju pašdublikēties (replikēties). DNS satur ģenētisko kodu (sistēma, kas reģistrē informāciju par aminoskābju atrašanās vietu olbaltumvielās, izmantojot nukleotīdu secību DNS un ziņneša RNS), kas nosaka šūnu attīstību un metabolismu. Gēni atrodas hromosomās, šūnas kodola strukturālajos elementos, kas satur DNS. Vietu, ko ieņem gēns, sauc par lokusu. Monogēnās slimības ir monolokusas, poligēnās slimības (daudzfaktoriālas) ir multilokusas.

Hromosomas (stieņa formas struktūras šūnu kodolos, kas redzamas gaismas mikroskopā) sastāv no daudziem tūkstošiem gēnu. Cilvēkiem katra somatiskā jeb nedzimuma šūna satur 46 hromosomas, ko pārstāv 23 pāri. Viens no pāriem, dzimumhromosomas (X un Y), nosaka indivīda dzimumu. Somatisko šūnu kodolos sievietēm ir divas X hromosomas, savukārt vīriešiem ir viena X un viena Y hromosoma. Vīriešu dzimumhromosomas ir heterologas: X hromosoma ir lielāka un satur daudz gēnu, kas ir atbildīgi gan par dzimuma noteikšanu, gan citām organisma īpašībām; Y hromosoma ir maza, tās forma atšķiras no X hromosomas un tā galvenokārt satur gēnus, kas nosaka vīriešu dzimumu. Šūnas satur 22 autosomu pārus. Cilvēka autosomālās hromosomas ir iedalītas 7 grupās: A (1., 2., 3. hromosomu pāri), B (4., 5. pāri), C (6., 7., 8., 9., 10., 11., 12. pāri, kā arī X hromosoma, kuras izmērs ir līdzīgs 6. un 7. hromosomai), D (13., 14., 15. pāri), E (16., 17., 18. pāri), F (19., 20. pāri), G (21., 22. pāri un Y hromosoma).

Gēni ir izvietoti lineāri gar hromosomām, katram gēnam ieņemot stingri noteiktu vietu (lokusu). Gēnus, kas aizņem homologus lokusus, sauc par alēļiem. Katrai personai ir divas viena un tā paša gēna alēles: pa vienai katrā hromosomā katrā pārī, izņemot lielāko daļu gēnu X un Y hromosomās vīriešiem. Ja hromosomas homologos reģionos ir identiskas alēles, mēs runājam par homozigotību; ja tie satur dažādas viena un tā paša gēna alēles, mēs runājam par heterozigotību konkrētam gēnam. Ja gēns (alēle) iedarbojas tikai tad, ja tas atrodas tikai vienā hromosomā, to sauc par dominējošo. Recesīvs gēns iedarbojas tikai tad, ja tas atrodas abos hromosomu pāra locekļos (vai vienā X hromosomā vīriešiem vai sievietēm ar X0 genotipu). Gēnu (un atbilstošo pazīmi) sauc par X-saistītu, ja tas ir lokalizēts X hromosomā. Visus pārējos gēnus sauc par autosomāliem.

Izšķir dominējošo un recesīvo iedzimtību. Dominējošās iedzimtības gadījumā pazīme izpaužas gan homozigotā, gan heterozigotā stāvoklī. Recesīvās iedzimtības gadījumā fenotipiskās (organisma ārējo un iekšējo pazīmju kopums) izpausmes novērojamas tikai homozigotā stāvoklī, savukārt heterozigotā stāvoklī tās nav. Iespējama arī ar dzimumu saistīta dominējošā vai recesīvā iedzimtība; tādā veidā tiek mantotas pazīmes, kas saistītas ar dzimumhromosomās lokalizētiem gēniem.

Dominanti mantojamas slimības parasti skar vairākas vienas ģimenes paaudzes. Recesīvās mantošanas gadījumā ģimenē ilgstoši var pastāvēt latenta heterozigota mutanta gēna nēsāšana, kā dēļ slimi bērni var piedzimt veseliem vecākiem vai pat ģimenēs, kurās slimības nav bijis vairākas paaudzes.

Gēnu mutācijas ir iedzimtu slimību pamatā. Mutāciju izpratne nav iespējama bez mūsdienīgas termina "genoms" izpratnes. Pašlaik genoms tiek uzskatīts par daudzgenomu simbiotisku struktūru, kas sastāv no obligātiem un fakultatīviem elementiem. Obligāto elementu pamatā ir strukturālie lokusi (gēni), kuru skaits un atrašanās vieta genomā ir diezgan nemainīga. Strukturālie gēni veido aptuveni 10–15% no genoma. Jēdziens "gēns" ietver transkribēto reģionu: eksonus (faktiskais kodējošais reģions) un intronus (nekodējošais reģions, kas atdala eksonus); un flankējošās sekvences – līderi, kas atrodas pirms gēna sākuma, un astes netranslēto reģionu. Fakultatīvie elementi (85–90% no visa genoma) ir DNS, kas nesatur informāciju par olbaltumvielu aminoskābju secību un nav stingri obligāta. Šī DNS var piedalīties gēnu ekspresijas regulēšanā, veikt strukturālas funkcijas, palielināt homologās pārošanās un rekombinācijas precizitāti un veicināt veiksmīgu DNS replikāciju. Tagad ir pierādīta fakultatīvo elementu līdzdalība pazīmju iedzimtajā pārnešanā un mutāciju mainīguma veidošanā. Šāda sarežģīta genoma struktūra nosaka gēnu mutāciju daudzveidību.

Plašākā nozīmē mutācija ir stabilas, iedzimtas izmaiņas DNS. Mutācijas var pavadīt izmaiņas hromosomu struktūrā, kas ir redzamas mikroskopā: delēcija - hromosomas daļas zudums; duplikācija - hromosomas daļas dubultošanās, ievietošana (inversija) - hromosomas daļas pārrāvums, tās pagriešana par 180° un piestiprināšanās pārrāvuma vietai; translokācija - vienas hromosomas daļas noraušana un piestiprināšana pie citas. Šādām mutācijām ir vislielākā kaitīgā ietekme. Citos gadījumos mutācijas var sastāvēt no viena gēna purīna vai pirimidīna nukleotīdu aizvietošanas (punktmutācijas). Šādas mutācijas ietver: misensa mutācijas (mutācijas ar nozīmes maiņu) - nukleotīdu aizvietošana kodonos ar fenotipiskām izpausmēm; nonsense mutācijas (bezjēdzīgas) - nukleotīdu, kas veido terminācijas kodonus, aizstāšana, kā rezultātā priekšlaicīgi tiek pārtraukta gēna kodētā proteīna sintēze; splaisinga mutācijas - nukleotīdu aizvietošana eksonu un intronu savienojumā, kas noved pie pagarinātu proteīna molekulu sintēzes.

Salīdzinoši nesen ir identificēta jauna mutāciju klase - dinamiskās mutācijas jeb ekspansijas mutācijas, kas saistītas ar trinukleotīdu atkārtojumu skaita nestabilitāti funkcionāli nozīmīgās gēnu daļās. Daudziem trinukleotīdu atkārtojumiem, kas lokalizēti gēnu transkribētajos vai regulējošajos reģionos, raksturīgs augsts populācijas mainīguma līmenis, kura ietvaros fenotipiskie traucējumi netiek novēroti (t.i., slimība neattīstās). Slimība attīstās tikai tad, ja atkārtojumu skaits šajās vietās pārsniedz noteiktu kritisko līmeni. Šādas mutācijas netiek mantotas saskaņā ar Mendela likumu.

Tādējādi iedzimtas slimības ir slimības, ko izraisa šūnas genoma bojājumi, kas var skart visu genomu, atsevišķas hromosomas un izraisīt hromosomu slimības vai skart atsevišķus gēnus un būt par gēnu slimību cēloni.

Visas iedzimtās slimības parasti iedala trīs lielās grupās:

• monogēns;
• poligēns jeb daudzfaktorāls, kurā mijiedarbojas vairāku gēnu mutācijas un neģenētiski faktori;
• hromosomu anomālijas jeb hromosomu struktūras vai skaita anomālijas.

Slimības, kas pieder pie pirmajām divām grupām, bieži sauc par ģenētiskām, bet tās, kas pieder pie trešās grupas, - par hromosomu slimībām.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ]

Iedzimtu slimību klasifikācija

Hromosomu	Monogēns	Daudzfaktoru (poligēns)
Dzimumhromosomu skaita anomālijas: - Šereševska-Tērnera sindroms; - Klainfeltera sindroms; - trisomijas X sindroms; - 47. sindroms, XYY autosomas: - Dauna sindroms; - Edvardsa sindroms; - Patau sindroms; - daļēja trisomija 22 Hromosomu strukturālās anomālijas: Kri du šata sindroms; 4p dzēšanas sindroms; Kaimiņu gēnu mikrodeleciju sindromi	Autosomāli dominējošais: Marfāna sindroms; fon Vilebranda slimība; Minkovska-Šofāra anēmija un citas Autosomāli recesīvs: - fenilketonūrija; - galaktozēmija; - cistiskā fibroze utt. X hromosomā saistīts recesīvs: A un B hemofilija; Dišēna miopātija; Un citi. X hromosomā saistīts dominants: - pret D vitamīnu rezistenta rahīta forma; - brūna krāsošanās Zobu emalja utt.	CNS: dažas epilepsijas formas, šizofrēnija utt. Sirds un asinsvadu sistēma: reimatisms, hipertensija, ateroskleroze utt. Āda: atopiskais dermatīts, psoriāze utt. Elpošanas sistēma: bronhiālā astma, alerģisks alveolīts utt. Urīnceļu sistēma: urolitiāze, enurēze utt. Gremošanas sistēma: peptiska čūla, nespecifisks čūlainais kolīts utt.

Hromosomu slimības var izraisīt kvantitatīvas hromosomu anomālijas (genoma mutācijas), kā arī strukturālas hromosomu anomālijas (hromosomu aberācijas). Klīniski gandrīz visas hromosomu slimības izpaužas kā intelektuālās attīstības traucējumi un vairāki iedzimti defekti, kas bieži vien nav savienojami ar dzīvību.

Monogēnas slimības attīstās atsevišķu gēnu bojājumu rezultātā. Monogēnas slimības ietver lielāko daļu iedzimtu vielmaiņas slimību (fenilketonūriju, galaktozēmiju, mukopolisaharidozes, cistisko fibrozi, adrenoģenitālo sindromu, glikogenozes u.c.). Monogēnas slimības tiek mantotas saskaņā ar Mendela likumiem, un pēc mantojuma veida tās var iedalīt autosomāli dominējošās, autosomāli recesīvās un ar X hromosomu saistītās.

Daudzfaktoru slimības ir poligēnas, un to attīstībai nepieciešama noteiktu vides faktoru ietekme. Daudzfaktoru slimību vispārīgās pazīmes ir šādas.

• Augsta biežība populācijā.
• Izteikts klīniskais polimorfisms.
• Klīnisko izpausmju līdzība probandā un tuvos radiniekos.
• Vecuma un dzimuma atšķirības.
• Agrāka sākšanās un zināms klīnisko izpausmju pieaugums lejupejošās paaudzēs.
• Zāļu mainīgā terapeitiskā efektivitāte.
• Slimības klīnisko un citu izpausmju līdzība tuviem radiniekiem un probandam (daudzfaktoru slimību iedzimtības koeficients pārsniedz 50–60%).
• Mantojuma modeļu neatbilstība Mendela likumiem.

Klīniskajai praksei ir svarīgi izprast termina "iedzimtas anomālijas" būtību, kas var būt vienreizējas vai vairākas, iedzimtas vai sporādiskas. Iedzimtās slimības neietver tās iedzimtās slimības, kas rodas kritiskos embriogenēzes periodos nelabvēlīgu vides faktoru (fizisku, ķīmisku, bioloģisku utt.) ietekmē un nav iedzimtas. Šādas patoloģijas piemērs var būt iedzimti sirds defekti, ko bieži izraisa patoloģiska ietekme sirds veidošanās periodā (pirmajā grūtniecības trimestrī), piemēram, vīrusu infekcija, kas ir tropiska jaunattīstības sirds audiem; augļa alkohola sindroms, ekstremitāšu, priekškambaru, nieru, gremošanas trakta attīstības anomālijas utt. Šādos gadījumos ģenētiskie faktori veido tikai iedzimtu noslieci vai paaugstinātu jutību pret noteiktu vides faktoru ietekmi. Saskaņā ar PVO datiem attīstības anomālijas ir sastopamas 2,5% no visiem jaundzimušajiem; 1,5% no tiem izraisa nelabvēlīgu eksogēnu faktoru iedarbība grūtniecības laikā, pārējie galvenokārt ir ģenētiska rakstura. Atšķirība starp iedzimtām un iedzimtām slimībām, kas nav iedzimtas, ir ļoti praktiska nozīme, lai prognozētu pēcnācējus konkrētā ģimenē.

[ 5 ]

Iedzimtu slimību diagnostikas metodes

Pašlaik praktiskajā medicīnā ir vesels diagnostikas metožu arsenāls, kas ļauj ar noteiktu varbūtību atklāt iedzimtas slimības. Šo metožu diagnostiskā jutība un specifiskums atšķiras - dažas ļauj tikai pieņemt slimības klātbūtni, bet citas ar lielu precizitāti atklāj mutācijas, kas ir slimības pamatā, vai nosaka tās gaitas raksturlielumus.

[ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ]

Citoģenētiskās metodes

Hromosomu slimību diagnosticēšanai tiek izmantotas citogēnētiskās izpētes metodes. Tās ietver:

• dzimumhromatīna pētījumi — X un Y hromatīna noteikšana;
• kariotipēšana (kariotipēšana ir šūnas hromosomu kopa) - hromosomu skaita un struktūras noteikšana hromosomu slimību (genoma mutāciju un hromosomu aberāciju) diagnosticēšanas nolūkā.

[ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ]